Επιστήμονες κάνουν συγκλονιστική ανακάλυψη που θα μπορούσε να αλλάξει την κατανόησή μας για το Σύμπαν

Ερευνητές από το Queen Mary University of London έχουν προτείνει μια εντυπωσιακή ιδέα που συνδέει τους βαθύτερους νόμους της φυσικής με την ίδια την ύπαρξη της ζωής. Η εργασία τους υποδηλώνει ότι οι θεμελιώδεις σταθερές του Σύμπαντος βρίσκονται εντός ενός εξαιρετικά στενού εύρους που επιτρέπει στα υγρά να ρέουν με τρόπους που εξαρτώνται τα ζωντανά κύτταρα. Αν αυτές οι σταθερές ήταν ελαφρώς διαφορετικές, το νερό, το αίμα και άλλα υγρά που υποστηρίζουν τη ζωή θα μπορούσαν να συμπεριφέρονται τόσο διαφορετικά που οι πολύπλοκοι οργανισμοί να μην είχαν αναδυθεί ποτέ.
Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο
Science Advances
το 2023, βασίζεται σε προηγούμενη εργασία του φυσικού Κώστα Τραχένκο και των συναδέλφων του, η οποία έδειξε ότι το ιξώδες των υγρών συνδέεται άμεσα με τις θεμελιώδεις φυσικές σταθερές. Αυτό το εύρημα καθόρισε ένα κατώτατο όριο για το πόσο «ρευστά» μπορούν να είναι τα υγρά. Η νεότερη έρευνα επέκτεινε την ιδέα στη βιολογία, αναρωτώμενη εάν οι ίδιοι φυσικοί κανόνες που διαμορφώνουν το σύμπαν μπορεί επίσης να καθορίζουν σιωπηλά εάν τα κύτταρα μπορούν να λειτουργήσουν.
Γιατί η Ροή των Υγρών Έχει Σημασία για τη Ζωή
Η ζωή εξαρτάται από την κίνηση σε μικροσκοπικές κλίμακες. Τα θρεπτικά συστατικά πρέπει να ταξιδεύουν μέσα στα κύτταρα, οι πρωτεΐνες πρέπει να διπλώνονται σωστά, και τα μόρια διαχέονται συνεχώς μέσα σε υδάτινα περιβάλλοντα. Όλα αυτά βασίζονται στο ιξώδες, την ιδιότητα που καθορίζει πόσο εύκολα ρέει ένα υγρό.
Σύμφωνα με τους ερευνητές, το Σύμπαν φαίνεται να λειτουργεί εντός ενός εκπληκτικά στενού «φιλικού προς τη βιολογία» παραθύρου, όπου το ιξώδες και η διάχυση παραμένουν κατάλληλα για τη ζωή. Εάν οι σταθερές που διέπουν τη φυσική μεταβάλλονταν μόνο κατά μερικά τοις εκατό, τα υγρά που είναι ζωτικής σημασίας για τη βιολογία θα μπορούσαν να γίνουν δραματικά πιο παχύρρευστα ή λιγότερο παχύρρευστα.
«Η κατανόηση του πώς ρέει το νερό σε ένα φλιτζάνι αποδεικνύεται ότι σχετίζεται στενά με τη μεγάλη πρόκληση της κατανόησης των θεμελιωδών σταθερών. Οι βιολογικές διαδικασίες εντός και μεταξύ των ζωντανών κυττάρων απαιτούν κίνηση και το ιξώδες καθορίζει τις ιδιότητες αυτής της κίνησης. Αν οι θεμελιώδεις σταθερές αλλάξουν, θα αλλάξει και το ιξώδες, επηρεάζοντας τη ζωή όπως την ξέρουμε. Για παράδειγμα, αν το νερό ήταν τόσο παχύρρευστο όσο η πίσσα, η ζωή δεν θα υπήρχε στην τρέχουσα μορφή της ή δεν θα υπήρχε καθόλου. Αυτό ισχύει πέρα από το νερό, επομένως όλες οι μορφές ζωής που χρησιμοποιούν την υγρή κατάσταση για να λειτουργήσουν θα επηρεάζονταν.»
Η ομάδα αναφέρει ότι οι συνέπειες θα επεκτείνονταν πολύ πέρα από το πόσιμο νερό ή τους ωκεανούς. Το ανθρώπινο αίμα, τα κυτταρικά υγρά και η χημεία που τροφοδοτεί τη ζωή βασίζονται σε προσεκτικά ισορροπημένες ιδιότητες ροής.
«Οποιαδήποτε αλλαγή στις θεμελιώδεις σταθερές, συμπεριλαμβανομένης της αύξησης ή της μείωσης, θα ήταν εξίσου κακά νέα για τη ροή και για την υγρή ζωή. Αναμένουμε ότι το παράθυρο θα είναι αρκετά στενό: για παράδειγμα, το ιξώδες του αίματός μας θα γινόταν πολύ παχύ ή πολύ λεπτό για τη λειτουργία του σώματος μόνο με αλλαγή λίγων τοις εκατό σε ορισμένες θεμελιώδεις σταθερές, όπως η σταθερά του Planck ή το φορτίο του ηλεκτρονίου.» δήλωσε ο Καθηγητής Φυσικής Κώστας Τραχένκο.
Μια Νέα Οπτική για την Κοσμική Λεπτομερή Ρύθμιση
Οι φυσικοί συζητούν εδώ και καιρό γιατί οι σταθερές του Σύμπαντος φαίνονται λεπτομερώς ρυθμισμένες. Μικρές διαφορές σε τιμές όπως το φορτίο του ηλεκτρονίου ή η ισχύς των θεμελιωδών δυνάμεων θα μπορούσαν να εμποδίσουν τα αστέρια να σχηματίσουν βαριά στοιχεία απαραίτητα για πλανήτες και ζωή.
Αυτό που καθιστά αυτήν την έρευνα ασυνήθιστη είναι ότι μετατοπίζει τη συζήτηση από τα αστέρια και τους γαλαξίες στο επίπεδο των ζωντανών κυττάρων. Προηγούμενα επιχειρήματα λεπτομερούς ρύθμισης συχνά επικεντρώνονταν σε πυρηνικές αντιδράσεις μέσα στα αστέρια. Αυτή η εργασία υποστηρίζει ότι ακόμη και αν τα αστέρια και τα βαριά στοιχεία σχηματίζονταν, η ζωή θα μπορούσε να παραμείνει αδύνατη εάν τα υγρά δεν μπορούσαν να ρέουν σωστά μέσα στους οργανισμούς.
Αυτό εισάγει ένα δεύτερο επίπεδο λεπτομερούς ρύθμισης. Οι σταθερές όχι μόνο φαίνονται συμβατές με ένα σύμπαν γεμάτο ύλη, αλλά και με βιολογικά συστήματα που εξαρτώνται από λεπτές δυναμικές υγρών.
Οι ερευνητές προτείνουν ακόμη ότι μπορεί να έχουν συμβεί πολλαπλά στάδια ρύθμισης. Στην εργασία, ο Τραχένκο συγκρίνει την πιθανότητα με τη βιολογική εξέλιξη, όπου τα χαρακτηριστικά αναδύονται ανεξάρτητα με την πάροδο του χρόνου. Η ιδέα παραμένει κερδοσκοπική, αλλά εγείρει την πιθανότητα ότι η φύση μπορεί να ευνοεί σταθερές φυσικές δομές με τρόπους που οι επιστήμονες δεν κατανοούν ακόμη πλήρως.
Μεταγενέστερη Έρευνα Επέκτεινε την Ιδέα
Από την αρχική δημοσίευση, οι επιστήμονες συνέχισαν να διερευνούν πώς το ιξώδες, η διάχυση και η συμπεριφορά των υγρών συνδέονται με τη θεμελιώδη φυσική. Θεωρητική επακόλουθη εργασία εξέτασε πώς η κίνηση των υγρών μέσα στα κύτταρα μπορεί να θέτει πρόσθετους περιορισμούς στις τιμές των φυσικών σταθερών, ειδικά σε συστήματα που περιλαμβάνουν βιοχημικές «μηχανές» όπως οι μοριακοί κινητήρες.
Άλλοι ερευνητές έχουν επίσης εξετάσει πώς το ίδιο το ιξώδες μπορεί να προκύπτει από βαθύτερους φυσικούς νόμους. Μια ανάλυση του 2023 τόνισε αυξανόμενες ενδείξεις ότι το ιξώδες των υγρών μπορεί να συνδέεται με καθολικούς φυσικούς περιορισμούς παρά να είναι απλώς μια ιδιότητα που μετράται σε εργαστήρια.
Μαζί, αυτές οι μελέτες βοηθούν στην αναμόρφωση ενός παλιού επιστημονικού μυστηρίου. Αντί να βλέπουν τις σταθερές της φύσης μόνο μέσω του φακού της κοσμολογίας και της σωματιδιακής φυσικής, οι επιστήμονες ρωτούν όλο και περισσότερο εάν οι συνθήκες που απαιτούνται για τη ροή υγρών και τη λειτουργία κυττάρων θα πρέπει επίσης να αποτελούν μέρος της εξίσωσης.
Μπορεί η Φυσική και η Βιολογία να Είναι Πιο Συνδεδεμένες Από Ό,τι Νομίζαμε;
Η ιδέα παραμένει εξαιρετικά θεωρητική, και πολλοί φυσικοί θα προειδοποιήσουν ότι εξακολουθεί να μην υπάρχει αποδεκτή εξήγηση για το γιατί οι σταθερές της φύσης έχουν τις παρατηρούμενες τιμές τους. Αλλά η έρευνα ανοίγει ένα απροσδόκητο μονοπάτι για να σκεφτούμε ένα από τα μεγαλύτερα ερωτήματα της επιστήμης.
Για δεκαετίες, το μυστήριο των θεμελιωδών σταθερών διερευνήθηκε κυρίως μέσω μαύρων τρυπών, αστέρων και υποατομικών σωματιδίων. Αυτή η εργασία υποδηλώνει ότι η απάντηση μπορεί επίσης να περιλαμβάνει κάτι πολύ πιο κοντά στην καθημερινή ζωή: την απλή ικανότητα των υγρών να ρέουν μέσα από ζωντανά κύτταρα.